STM32驱动WS2812B-2020 RGB彩灯（二）

上一节我们简单分析了WS2812B-2020彩灯的一些硬件方面的驱动原理，进行了驱动思路的整理。
具体参考上一篇文章：STM32驱动WS2812B-2020 RGB彩灯（一）

接下来我们一步步分析具体的如何用代码来实现点亮彩灯，更进一步的实现彩虹灯效。

上回我们已经把灯如何点亮的条件都分析好了，就是需要在一个周期内，给一个固定占空比的信号。这个信号过来就是一个bit位，表示一个0或者一个1，连续给24个信号来，就组成了一个RGB灯的颜色的数值。

如上图所示：我们仍然使用的WS2812B的时序图来做例子。图中标注的t1指的是，当传输bit位为0时，这个0一共占用多长时间，就是需要用到的一个周期；t2指的是，传输0的这个周期里，高电平需要持续的时间；同理，t3指的是，传输0的这个周期里，低电平需要持续的时间。

具体这里的理解，上一篇已经说过了。这个周期取多少合适呢？还是结合datasheet，有一个800K的传输速率，也就是传输一个bit位的速率，换算成时间就是1.25us，那么这里的周期就先用一个1.25us试试看，t1=1.25us。注意这里1.25us这个周期就是PWM的脉冲周期！！需要和我们后面分析的时钟周期区别！

下面具体分析下时钟周期和脉冲周期的概念：我们用的主控的主频是72MHz,计算一下周期是1/72us≈13.89ns。我们把这个时间记为T,这个时间就是时钟周期。是整个系统运行需要参考的时钟周期，包括需要设置的PWM里面的脉冲周期，也需要参考这个时钟周期。如果想了解时钟，具体可参考STM32的时钟树体系：

图中箭头所指的地方，是我们使用到的定时器，它的时钟来源是从AHB处过来的，本例中，APB1不分频，所以TIMXCLK时钟就等于SYSCLK，就是72MHz,当然这个不是我们讲解的重点。

接下来重点要研究的是PWM。具体原理自己理解。我们需要用到两个参数：一个是count，另一个是dummy。这两个参数，count是计数值，STM32的DATASHEET中这个值对应的的ARR寄存器（重装载寄存器）这个值就是用来决定我们的脉冲周期的，即t1的值 ( 需要关注的是，count是一个累加值，每增加1，用的时间是我们上面说的时钟周期T)；另一个值，dummy就是所谓的占空比，也就是在一个PWM的脉冲周期内，高电平的持续时间，即t2的值，对应的是STM32手册中的CCR(捕获/比较寄存器)。可参考下图

那么，这个count的值怎么获取呢？

刚刚我们分析到，时钟周期13.89ns，脉冲周期1.25us。就是说，我经过N个时钟周期后，能达到一个脉冲周期。这里的N,就是我们需要的额count值。计算一下，得出count的值为90。

这里需要参考datasheet中列表中列出的具体的高低电平需要的时间。再次给出该表：

还是以“0”码为例。高电平需要的时间是220ns-380ns，需要M个时钟周期能达到这个时间长度，显然是一个范围。那就是M*13.89=220～380。这里大概给一个值25，计算得到的高电平时间是347.25ns,在范围之内，然后确定一下低电平的时间：1250-347.25=902.75ns，对比一下范围（580ns～1us）,很明显这个值也是符合要求的。那么这里确定下来的25，就是表示“0”码时，需要的高电平的持续时间的计数值，也就是占空比。这个值就是最后要通过DMA写到定时器的CCR中的。

同理，“1”码的占空比计算了是45。这个值，都是可以在一个范围内取的，只要保证计算下来的高低电平的时间满足上表列出的时间即可。不能理解的可以留言探讨。

接下来我们需要做的就是配置PWM了。整个配置都是在CUBEMX里完成的。
例程中我们用的TIM4的通道1.

首先配置时钟源，然后通道，然后不分频，counter period为89，因为在计算的时候需要加1。

然后说说DMA这个。DMA(Direct Memory Access),就是数据传输的时候，不经过CPU，可以在内存和外设之间直接传输数据。我们这里设置的DMA输出传输方向就是内存到外设，内存里面是需要我们自己定义一个存储空间，比如一个数组，然后将24bit的颜色数据存到这个数组中，在配置DMA的时候这里使用定义的该数组的地址。外设就是TIM产生PWM的捕获/比较寄存器CCR。然后看一下DMA的配置：

基本配置好了，可以生成代码看下了：

void HAL_TIM_Base_MspInit(TIM_HandleTypeDef* tim_baseHandle)
{

  if(tim_baseHandle->Instance==TIM2)
  {
  /* USER CODE BEGIN TIM2_MspInit 0 */

  /* USER CODE END TIM2_MspInit 0 */
    /* TIM2 clock enable */
    __HAL_RCC_TIM2_CLK_ENABLE();
  /* USER CODE BEGIN TIM2_MspInit 1 */

  /* USER CODE END TIM2_MspInit 1 */
  }
  else if(tim_baseHandle->Instance==TIM3)
  {
  /* USER CODE BEGIN TIM3_MspInit 0 */

  /* USER CODE END TIM3_MspInit 0 */
    /* TIM3 clock enable */
    __HAL_RCC_TIM3_CLK_ENABLE();
  /* USER CODE BEGIN TIM3_MspInit 1 */

  /* USER CODE END TIM3_MspInit 1 */
  }
  else if(tim_baseHandle->Instance==TIM4)
  {
  /* USER CODE BEGIN TIM4_MspInit 0 */

  /* USER CODE END TIM4_MspInit 0 */
    /* TIM4 clock enable */
    __HAL_RCC_TIM4_CLK_ENABLE();

    /* TIM4 DMA Init */
    /* TIM4_CH1 Init */
    hdma_tim4_ch1.Instance = DMA1_Channel1;
    hdma_tim4_ch1.Init.Direction = DMA_MEMORY_TO_PERIPH;
    hdma_tim4_ch1.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;
    hdma_tim4_ch1.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;
    hdma_tim4_ch1.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_WORD;
    hdma_tim4_ch1.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_WORD;
    hdma_tim4_ch1.Init.Mode = DMA_NORMAL;
    hdma_tim4_ch1.Init.Priority = DMA_PRIORITY_LOW;
    if (HAL_DMA_Init(&hdma_tim4_ch1) != HAL_OK)
    {
      Error_Handler();
    }

    __HAL_LINKDMA(tim_baseHandle,hdma[TIM_DMA_ID_CC1],hdma_tim4_ch1);

  /* USER CODE BEGIN TIM4_MspInit 1 */

  /* USER CODE END TIM4_MspInit 1 */
  }
}

这里是DMA部分的配置，然后准备准备，看能不能点灯。

#define WS2812B_LED_QUANTITY	8

uint32_t WS2812B_Buf[WS2812B_LED_QUANTITY];	//0xGGRRBB
uint32_t WS2812B_Bit[24*WS2812B_LED_QUANTITY+1];//这个是将上面的buffer拆解成bit
uint8_t WS2812B_Flag;

void WS2812B_IRQHandler(void);



void WS2812B_ClearBuf(void)//所有数据清零，关灯
{
	uint8_t i;
	for(i=0;i<WS2812B_LED_QUANTITY;i++)
	{
		WS2812B_Buf[i]=0x000000;
	}
}

void WS2812B_SetBuf(uint32_t Color)//设置灯的颜色
{
	uint8_t i;
	for(i=0;i<WS2812B_LED_QUANTITY;i++)
	{
		WS2812B_Buf[i]=Color;
	}
}

void WS2812B_UpdateBuf(void)//将设置好的颜色写入到灯里面，让它亮
{
	uint8_t i,j;
	for(j=0;j<WS2812B_LED_QUANTITY;j++)
	{
		for(i=0;i<24;i++)
		{
			if(WS2812B_Buf[j]&(0x800000>>i)){WS2812B_Bit[j*24+i+1]=45;}  //BIT位为1 设置相应的占空比
			else{WS2812B_Bit[j*24+i+1]=25;}
		}
	}
	HAL_TIM_PWM_Start_DMA(&htim4,TIM_CHANNEL_1,&WS2812B_Bit[0],24*WS2812B_LED_QUANTITY+1);
	//DMA1_Start(24*WS2812B_LED_QUANTITY+1);
	//TIM2_Cmd(ENABLE);
	//while(WS2812B_Flag==0);
	//WS2812B_Flag=0;
}

void HAL_TIM_PWM_PulseFinishedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)//PWM信号传输完成回调函数，该函数非常之重要
{
	__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim4,TIM_CHANNEL_1,0);
   HAL_TIM_PWM_Stop_DMA(&htim4, TIM_CHANNEL_1);
	//WS2812B_Flag=1;
}

这一部分的代码，就是对我们以上所有内容的验证，如果真正读懂了上面分析的内容，那这边代码研究研究还是可以理解的。说一下最后那个回调函数，在上一篇中说到了一个reset=280us的，就是当写入数据到RGB灯里面后，需要给一个不低于280us的低电平，让数据生效。就是在这个里面实现的。一开始调的时候灯怎么都不会亮，搞了很久才搞定的，具体实现的代码是这一句：__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim4,TIM_CHANNEL_1,0);

上面这些基本可以让你的灯点亮了，需要什么颜色，就设置colour的值，如果你需要更酷炫的效果，可以参考下面的部分：

void ColorLight_Mode0(void)
{
	static uint8_t i,Color;
	//ColorLight_Time=6;

	if(i==0)WS2812B_SetBuf((Color));
	if(i==1)WS2812B_SetBuf((255-Color));
	if(i==2)WS2812B_SetBuf((Color)<<8);
	if(i==3)WS2812B_SetBuf((255-Color)<<8);
	if(i==4)WS2812B_SetBuf((Color)<<16);
	if(i==5)WS2812B_SetBuf((255-Color)<<16);
	if(i==6)WS2812B_SetBuf((Color)|((Color)<<8));
	if(i==7)WS2812B_SetBuf((255-Color)|((255-Color)<<8));
	if(i==8)WS2812B_SetBuf((Color)|((Color)<<16));
	if(i==9)WS2812B_SetBuf((255-Color)|((255-Color)<<16));
	if(i==10)WS2812B_SetBuf(((Color)<<8)|((Color)<<16));
	if(i==11)WS2812B_SetBuf(((255-Color)<<8)|((255-Color)<<16));
	if(i==12)WS2812B_SetBuf(((Color))|((Color)<<8)|((Color)<<16));
	if(i==13)WS2812B_SetBuf(((255-Color))|((255-Color)<<8)|((255-Color)<<16));

	Color++;
	if(Color==0)
	{
		i++;
		i%=14;
	}
}

void ColorLight_Mode1(void)
{
	uint8_t i,RandNum;
	uint32_t G,R,B;
	static uint8_t j;
	ColorLight_Time=20;
	for(i=31;i>0;i--)
	{
		WS2812B_Buf[i]=WS2812B_Buf[i-1];
	}
	
	if(j==0)
	{
		RandNum=rand()%7;
		if(RandNum==0)WS2812B_Buf[0]=0x0000FF;
		if(RandNum==1)WS2812B_Buf[0]=0x00FF00;
		if(RandNum==2)WS2812B_Buf[0]=0xFF0000;
		if(RandNum==3)WS2812B_Buf[0]=0x00FFFF;
		if(RandNum==4)WS2812B_Buf[0]=0xFF00FF;
		if(RandNum==5)WS2812B_Buf[0]=0xFFFF00;
		if(RandNum==6)WS2812B_Buf[0]=0xFFFFFF;
	}
	else if(j<15)
	{
		G=WS2812B_Buf[1]/0x10000%0x100;
		R=WS2812B_Buf[1]/0x100%0x100;
		B=WS2812B_Buf[1]%0x100;
		if(G>20)G-=20;
		if(R>20)R-=20;
		if(B>20)B-=20;
		WS2812B_Buf[0]=(G<<16)|(R<<8)|B;
	}
	else
	{
		WS2812B_Buf[0]=0;
	}
	
	j++;
	j%=50;
}


void ColorLight_Mode2(void)
{
	uint8_t i;
	static uint8_t j;
	ColorLight_Time=20;
	for(i=31;i>0;i--)
	{
		WS2812B_Buf[i]=WS2812B_Buf[i-1];
	}
	if(j==0)WS2812B_Buf[0]=rand()%0x1000000;
	else WS2812B_Buf[0]=WS2812B_Buf[1];
	j++;
	j%=10;
}

void ColorLight_Mode3(void)
{
	uint8_t i;
	ColorLight_Time=500;
	for(i=0;i<32;i++)
	{
		WS2812B_Buf[i]=rand()%0x1000000;
	}
}